空中发射系统实际上是从载机上发射导弹构想的进一步发展。早在1974年，美国空军就首次在“C－5”运输机上发射过“民兵”导弹，如图5.24所示。1990年，美国轨道科学公司首次从大型运输机上发射了“飞马座”（空射型）运载火箭，将450 kg的有效载荷送入低地轨道，如图5.25所示。“飞马座”是20世纪70年代研制的一种3级固体推进剂，带整体复合式弹翼火箭，由普通运输机（或轰炸机）携入空中达到水平发射条件，即高度为12.2 km，马赫数约为0.8，从载机上释放，此后一级发动点火，沿着接近真空的最佳爬升轨迹进入轨道。先进的推进系统、箭体结构和航空电子技术以及空中发射、升力辅助轨迹，使“飞马座”运载火箭可以携带的有效载荷质量几乎为其他地面发射的小型运载火箭的两倍，而性能／价格比却可以同更大的运载火箭相提并论。截至2016年12月，“飞马座”运载火箭共完成了43次发射任务。
图5.24 美国从“C-5”运输机上发射“民兵”导弹试验
图5.25 “飞马座”运载火箭及其在“B-52”飞机上的发射
“飞马座”运载火箭的有效载荷性能由于以下综合因素而超过了同类地面发射的运载火箭：
（1）飞机提供的势能和动能；
（2）飞行轨迹区内的空气密度低，减小了阻力；
（3）较高的发动机膨胀比提高了推进效率；(www.xing528.com)
（4）独特的“S”形飞行轨迹和弹翼产生的升力减小了重力的损失；
（5）减小了速度矢量偏移使推力方向的损失减小。
空基发射与发射台上发射相比的优点有：大大减少了航天发射场的安全问题；可以做到扩大轨道的倾角范围或者脱离轨道平面的飞行机动无须“变轨”，而且最终的设计将不依赖其他地面发射设施而构成单独的发射体系。后来俄罗斯、乌克兰和法国都对此项技术进行了研究。
俄罗斯空中发射宇航公司于1998年开始研制可发射2.5 t近地轨道卫星的空中发射系统，参加空中发射系统研制的科研机构有俄罗斯宇航科学院、能源火箭航天公司、乌克兰安东诺夫飞机设计局等，方案采用改装的“安－124型”远程运输机，携带长30 m、重100 t的“飞行号”两级运载火箭飞至距地面11 km的高空。当运输机进入预定位置后，运输机尾部的舱门打开，形成一个“斜坡”，被安装在机舱中的“飞行号”运载火箭的尾部将暴露在舱口；此后，运输机逐渐竖起，当机身与水平线呈76°夹角时，机舱中的大功率活塞将运载火箭推向舱口，使其顺“斜坡”滑出；与此同时，运输机作紧急跃升的特技飞行动作，使运载火箭与运输机快速分离；然后，运载火箭上的降落伞自动打开，稳定运载火箭的飞行姿态，待其稳定飞行6 s后，运载火箭点火；降落伞装置与运载火箭分离，一级发动机产生190 t的推力，将运载火箭加速至3.8 km／s的速度飞向预定太空轨道。空中发射系统使用的运输机像一个飞翔的发射场，可在北纬60°至南纬40°任一高空位置进行发射，可供选择的发射方位角为0°～115°，采用空中发射系统每发射1 kg有效载荷只需6 000美元，比目前发射费用降低6 000～12 000美元。然而，受2008年金融危机的影响，该项目已被俄罗斯无限期停止。
运载火箭有效载荷限制了现有的空中发射系统的发展，而图5.5（b）和图5.26所示的“平流层发射”系统旨在解决该问题，其载机已于2019年4月完成首飞，最大外载荷可达到250 t，预计可发射“飞马座”运载火箭、中型运载火箭（基本型，可以满足近地轨道3.4 t的运载能力）、中型运载火箭（加强型，可实现近地轨道6 t的运载能力）和空天飞机（可重复使用型）4种载荷。然而，相关公司目前面临发展问题，正在出售，前途未卜。
从对世界卫星发射市场的评估来看，在2000—2005年，由于许多国家都在实施卫星通信、导航等项目，需要向太空发射1 800～2 000颗低轨道卫星，潜在发射市场达100亿～150亿美元，而现有和正在研制中的传统地面发射系统常常无法在价格、服务质量和轨道倾角等方面满足用户的要求。空中发射系统从技术水平、运载能力、可操作性和经济性看都有潜在优越性，同时还具有较高的自主性和机动性，可在世界大洋上空的任何地方进行发射，而且不必在发射场周围和火箭分离部分溅落区设安全区。另外，由于是机载发射，所以无须建造庞大的地面发射设施，也无须花巨额资金建设道路、电力等基础设施，从而大大降低了费用。
图5.26 “平流层发射”系统的运输机
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